Imagine un motor de precisión de alto valor sufriendo silenciosamente una sobrecarga, sin saber que podría fallar catastróficamente en cualquier momento debido a un cortocircuito o una falla a tierra. ¿Es su instalación vulnerable a tales riesgos? Como el "corazón" de las operaciones industriales, los motores requieren una protección robusta para un rendimiento seguro y estable. Este artículo examina el diseño de la protección contra sobrecorriente del circuito derivado de un solo motor basado en el Código Eléctrico Nacional (NEC) de 2020, proporcionando conocimientos esenciales para prevenir fallas del motor antes de que ocurran.

El diseño del circuito del motor es un proceso de ingeniería sistemático que funciona como el sistema circulatorio humano, entregando energía de manera segura y eficiente para impulsar las operaciones industriales. Un sistema completo de protección contra sobrecorriente es esencial para un rendimiento confiable del motor. Un circuito de motor típico incluye varios componentes críticos, cada uno de los cuales cumple funciones de protección específicas.

El dispositivo de protección contra sobrecarga del motor sirve como la primera línea de defensa. Actuando como un guardián vigilante, monitorea continuamente el funcionamiento del motor para evitar daños por cargas excesivas. Según el NEC 430.31, los dispositivos de protección contra sobrecarga deben:

• Evitar el sobrecalentamiento del motor: Cuando los motores funcionan por encima de la capacidad nominal durante períodos prolongados, el calor excesivo puede degradar el aislamiento y causar fallas en el bobinado. La protección contra sobrecarga interrumpe la energía antes de que ocurra daño térmico.
• Proteger los conductores del circuito: Las condiciones de sobrecorriente amenazan el cableado del circuito derivado. La protección adecuada contra sobrecarga evita el sobrecalentamiento del conductor y los posibles riesgos de incendio.
• Abordar las dificultades de arranque: Durante el arranque, los motores deben superar la fricción estática. La protección contra sobrecarga monitorea la corriente de arranque y corta la energía si los motores no arrancan normalmente, evitando las condiciones de rotor bloqueado.

El NEC 430.32(A)(1) especifica clasificaciones de protección contra sobrecarga entre el 115% y el 125% de la corriente a plena carga del motor. Para condiciones de arranque difíciles o cargas variables, las clasificaciones pueden aumentar al 130% o 140% (NEC 430.32(C), 430.6(A)(2)).

Los cortocircuitos (fallas de fase a fase o de fase a neutro) y las fallas a tierra (fallas de fase a envolvente) representan los peligros eléctricos más graves. Estas fallas generan corrientes extremas que pueden destruir equipos y crear riesgos de incendio o descarga.

Los dispositivos de protección del circuito derivado deben interrumpir rápidamente las corrientes de falla mientras resisten las sobretensiones de arranque del motor (NEC 430.52). Estos dispositivos sirven como la máxima salvaguarda para los motores y el personal.

El NEC 430.22 requiere que los conductores del circuito derivado para motores de servicio continuo tengan una capacidad de corriente no inferior al 125% de la corriente a plena carga del motor. Para un motor de 10A, los conductores deben manejar al menos 12.5A. Las Tablas 430.247-250 del NEC proporcionan valores de corriente a plena carga para la selección adecuada de conductores.

El NEC permite cuatro tipos de dispositivos para la protección del circuito derivado del motor:

1. Fusibles sin retardo de tiempo: Respuesta rápida pero propensos a disparos molestos durante los arranques del motor
2. Fusibles de doble elemento (retardo de tiempo): Resisten las corrientes de arranque al tiempo que brindan una protección confiable
3. Interruptores de disparo instantáneo: Funcionamiento ultrarrápido para aplicaciones críticas (debe ser ajustable y parte de un arrancador combinado)
4. Interruptores de tiempo inverso: Opción común que equilibra la velocidad de protección y la tolerancia a la corriente de arranque

Las corrientes de arranque del motor suelen alcanzar de 6 a 8 veces la corriente a plena carga. El NEC 430.52(B) exige que los dispositivos de protección resistan estas corrientes de irrupción sin funcionamiento molesto.

Usando los porcentajes de la Tabla 430.52 del NEC, las clasificaciones máximas de los dispositivos equivalen a la corriente a plena carga del motor multiplicada por el porcentaje apropiado. Por ejemplo, un motor de 10A con un interruptor de tiempo inverso:

10A × 250% = 25A máximo

Cuando los cálculos no coinciden con las clasificaciones estándar, la Excepción No. 1 del NEC 430.52(C)(1) permite seleccionar el siguiente valor estándar superior.

Para motores de arranque difícil o cargas variables, la Excepción No. 2 del NEC 430.52(C)(1) y la Excepción No. 1 del 430.52(C)(3) permiten ajustes en la configuración de protección manteniendo la seguridad.

Nota: Los porcentajes se aplican a los motores de eficiencia energética Diseño B.

Considere un motor de jaula de ardilla de 25 hp, 460 V, trifásico, Diseño B, con una corriente de placa de identificación de 32 A y un factor de servicio de 1.15.

De la Tabla 430.250 del NEC: Corriente a plena carga de 34A × 125% = 43A de capacidad de corriente mínima del conductor

Corriente de placa de identificación 32A × 125% = 40A máximo

Si es necesario: 32A × 140% = 44.8A (NEC 430.32(C))

Fusibles de retardo de tiempo:

• 34A × 175% = 59.5A → Seleccionar 60A estándar
• Máximo de excepción: 34A × 225% = 76.5A → Selección final: 70A

Interruptores de tiempo inverso:

• 34A × 250% = 87.5A → Seleccionar 90A estándar
• Máximo de excepción: 34A × 400% = 136A → Selección final: 125A

La protección efectiva contra sobrecorriente del motor requiere un diseño cuidadoso de acuerdo con los estándares del NEC. La selección adecuada de dispositivos, el mantenimiento regular y el cumplimiento de los requisitos del código garantizan la confiabilidad del motor al tiempo que minimizan los riesgos de falla y mejoran la seguridad operativa.